Разработка алгоритма оценки состояния фотоэлектрических модулей на солнечных электростанциях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Заварухин Владимир Александрович

• Заварухин Владимир Александрович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Заварухин Владимир Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Исследование вектора развития солнечной энергетики

1.2 Существующие и перспективные технологии производства фотоэлектрических модулей

1.3 Устройства и методы диагностики фотоэлектрических модулей

Выводы по Главе

ГЛАВА 2. ДЕГРАДАЦИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ НА

СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

2.1 Качество фотоэлектрических модулей и факторы, влияющие на их работу

2.3 Необратимые виды деградации

2.3.1 Деградация, вызванная светом

2.3.2 Дефекты фотоэлементов

2.3.3 Дефекты защитных материалов фотоэлектрических модулей

2.4 Обратимые виды деградации

2.4.1 Деградация, вызванная потенциалом

2.4.2 Деградация, вызванная высокой температурой и светом

2.4.3 Воздействие внешних факторов

Выводы по Главе

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕГРАДАЦИИ

3.1 Основные требования к модели

3.3 Физическое моделирование процессов деградации

3.3.1 Описание схемы экспериментальной установки

3.3.2 Построение испытуемого образца

3.2 Математическое моделирование процессов деградации

3.2.1 Обзор существующих математических моделей ФЭМ

2

3.2.2 Построение математической модели

3.2.3 Построение модели фотоэлектрического модуля в среде Microsoft Excel

3.4 Анализ полученных результатов

Выводы по Главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ

4.1 Концепция алгоритма

4.2 Объединение методик обработки данных

4.2.1 Определение энергетической освещенности

4.2.2 Поиск зашунтированных участков на вольт-амперной характеристике

4.2.3 Определение причин возникновения зашунтированных участков

4.2.4 Определение состояния фотоэлектрических модулей и причин их деградации

4.3 Оценка работы алгоритма

Выводы по Главе

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ИЗ-ЗА ДЕГРАДАЦИИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ

5.1 Обоснование разработки методики оценки потерь

5.2 Методика оценки потерь фотоэлектрических модулей из-за деградации

Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

128

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритма оценки состояния фотоэлектрических модулей на солнечных электростанциях»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Согласно отчетам Международного энергетического агентства (IEA) и Международного агентства по возобновляемой энергетике (IRENA) за 2023 год, установленная мощность солнечных электростанций (СЭС), составляет 1,41 ТВт. В отчетах этих агентств проведен анализ стратегий развития возобновляемой энергетики более 150 стран, который показывает, что к 2030 году ожидается среднегодовой прирост мощности СЭС 492 - 578 ГВт/год. Эта тенденция напрямую связана со снижением стоимости производства фотоэлектрических модулей на основе кремниевых ячеек.

Фотоэлектрические модули (ФЭМ) производятся по разным технологиям. Как правило, для их применения на СЭС, модули разделяют на 2 группы: с использованием ячеек из поликристаллического кремния и из монокристаллического кремния. Эффективность таких модулей варьируется от 17 до 23 %, что на данный момент является пределом для существующих технологий производства.

Заводами-изготовителями заявляется срок службы ФЭМ от 25 до 30 лет с учетом их ежегодной деградации ~ 0,5 %. Кроме ожидаемой деградации при эксплуатации могут возникнуть непредвиденные неисправности, вызванные как некачественными материалами модулей, так и экстремальными условиями окружающей среды. Снижение эффективности ФЭМ влияет на экономические и энергетические потери, связанные с недополученной электроэнергией.

Кроме того, ФЭМ конструктивно представляют собой монолитную конструкцию, что исключает возможность их ремонта в случае возникновения неисправностей. Из-за этого неисправные или деградировавшие модули необходимо правильно утилизировать, что добавляет к экономическим потерям и экологические проблемы.

На сегодняшний день исследования в области деградации модулей

позволяют выделить две группы: обратимые и необратимые виды деградации. В

отличие от обратимых видов, механизм необратимых видов деградации изучен не

5

полностью, что оставляет надежду на возможное решение проблемы в будущем. Однако, независимо от вида деградации, скорость обнаружения играет важную роль в поддержании эффективности всей электростанции, так как от этого зависит величина экономических потерь.

Основным показателем неисправностей является изменение энергетических показателей, выраженных в виде вольт-амперной характеристики (ВАХ). Диагностика модулей по ВАХ зачастую проводится вручную, что создает трудности в поиске места неисправности, а также в определении причины деградации. Это снижает периодичность проверок, из-за чего может быть упущен момент проведения восстановительных мероприятий, имеющих низкую стоимость по сравнению с последствиями из-за позднего реагирования. Использование имеющихся связей между изменением формы ВАХ и видом деградации создает возможность определения причины без участия человека.

Данная диссертация посвящена разработке алгоритма оценки состояния фотоэлектрических модулей и определению причины деградации для реализации машинного кода анализа вольт-амперных характеристик. анализа вольт-амперных характеристик. Работа выполнена в соответствии с пунктом 21, б Указа Президента Российской Федерации от 28 февраля 2024 г. № 145 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации".

Степень разработанности темы исследования. Общим проблемами развития солнечной энергетики посвящены работы Стребкова Д.С., Безруких П.П., Щеклеина С.Е., Велькина В.И., Тягунова М.Г., Елистратова В.В., Амерханова Р.А., Григораша О.В. и др. Значительный вклад в исследование процессов деградации фотоэлектрических модулей внесли S. Kurtz, S. Pingel, D. Swanson, C. Satterlee. Анализ данных исследований показал, что работы посвящены в основном изучению проблем эксплуатации солнечных модулей и их влиянию на выработку электроэнергии. Своевременное обнаружение и диагностирование состояния фотоэлектрических модулей с использованием современных методов моделирования и анализа вольт-амперных характеристик ФЭМ позволит избежать

указанные проблемы и не допустить ранней деградации модулей.

6

Цель исследования - разработка обобщенного алгоритма анализа вольт-амперных характеристик фотоэлектрических модулей для определения возможных причин деградации, возникающих в процессе их эксплуатации на электрических станциях.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ известных устройств и методик, направленных на определение состояния фотоэлектрических модулей и причин их деградации.

2. Провести анализ дефектов и неисправностей, возникающих при эксплуатации фотоэлектрических модулей и их влияние на энергетические характеристики модулей.

3. Разработать физическую и математическую модели фотоэлектрического модуля для определения причин деградации.

4. Разработать алгоритм определения состояния и возможных причин снижения мощности фотоэлектрических модулей по вольт-амперной характеристике.

5. Провести экспериментальное исследование разработанного алгоритма с использованием машинного кода для обработки данных.

6. Разработать методику расчета энергетических и экономических потерь СЭС, вызванных деградацией фотоэлектрических модулей.

Объект исследования - фотоэлектрические модули солнечных электростанций в условиях эксплуатации.

Предмет исследования - закономерности и факторы, влияющие на снижение энергетических характеристик фотоэлектрических модулей.

Научная новизна:

1. Впервые установлена зависимость между геометрическим представлением ВАХ и возможными причинами деградации ФЭМ.

2. Впервые разработана физическая модель фотоэлектрического модуля с возможностью изменения параметров для имитации влияния деградации на ее энергетические показатели.

3. Разработана математическая модель ФЭМ для исследования влияния изменения параметров на его вольт-амперную характеристику.

4. Впервые разработан алгоритм определения возможных причин снижения мощности ФЭМ по его вольт-амперной характеристике.

5. Предложена методика расчета возможных энергетических потерь СЭС с учетом деградации ФЭМ.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Использование результатов научных исследований предполагается на солнечных электростанциях и предприятиях с автономными фотоэлектрическими станциями и имеющих проблемы со снижением генерации энергии и преждевременной деградацией модулей.

2. Полученные теоретические и экспериментальные зависимости и вольт-амперные характеристики могут быть использованы для дальнейших научных исследований, связанных с диагностикой и предотвращением деградации модулей.

3. Разработанный алгоритм оценки состояния фотоэлектрических модулей может быть основой для машинного обучения при использовании нейронных технологий с возможностью своевременной и надежной оценки состояния модулей.

4. Методика экономической и энергетической оценки позволяет определять потери электрической энергии солнечных модулей от недовыработки, вызванной деградацией, что важно для эксплуатирующих организаций при определении их причин и поддержания эффективной работы модулей в течение всего срока эксплуатации.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа видов деградации и поиска критериев их определения.

2. Результаты физического и математического моделирования влияния деградации фотоэлектрических модулей на их вольт-амперную характеристику.

3. Алгоритм и программа ЭВМ для определения возможных причин

снижения мощности ФЭМ по их ВАХ на основе анализа её формы.

8

4. Результаты экспериментальных исследований по оценке состояния ФЭМ и определению причин их деградации.

5. Методика определения энергетических и экономических потерь для фотоэлектрических модулей с учетом их деградации.

Достоверность результатов, научных положений, результатов работы и выводов обосновываются корректностью постановки задач, применения математического аппарата, методики и программы экспериментов и подтверждением теоретических положений экспериментальными исследованиями.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедре «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» ЮжноУральского государственного университета (национального исследовательского университета) при подготовке магистров по специальности 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника.

Алгоритм оценки и определения состояния фотоэлектрических модулей принят к внедрению на ООО «Энерготехнологии-Сервис», г. Краснодар (организация занимается энергоаудитом и составлением энергопаспортов предприятий, в том числе для солнечных электростанций, солнечными водонагревательными установками, системами геотермального теплоснабжения).

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЮУрГУ (2021-2024г. г.), International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2022, международной научно-технической конференции студентов, аспирантов, ученых «Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и социальной сфере», 2024-2025 г.г, Челябинск, XV Международной научной конференции «ТТС-24» (20-22 ноября 2024 года), Краснодар, XXI международной конференции «Возобновляемая и малая энергетика - 2024. Энергосбережение. Автономные системы энергоснабжения стационарных и подвижных объектов», 6 и 7 ноября 2024 г.

Публикации по теме диссертационной работы. Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных работах, в том числе 7 статей в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ, из них 1 статья в изданиях, индексируемых в международных базах Scopus, получен 1 патент на полезную модель, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Соответствие научной специальности. Тема диссертационного исследования соответствует следующим пунктам паспорта специальности 2.4.5 -Энергетические системы и комплексы:

Пункт 1. Разработка научных основ (подходов) исследования общих свойств и принципов функционирования и методов расчета, алгоритмов и программ выбора и оптимизации параметров, показателей качества и режимов работы энергетических систем, комплексов, энергетических установок на органическом и альтернативных топливах и возобновляемых видах энергии в целом и их основного и вспомогательного оборудования.

Пункт 2. Математическое моделирование, численные и натурные исследования физико-химических и рабочих процессов, протекающих в энергетических системах и установках на органическом и альтернативных топливах и возобновляемых видах энергии, их основном и вспомогательном оборудовании и общем технологическом цикле производства электрической и тепловой энергии.

Пункт 4. Разработка научных подходов, методов, алгоритмов, технологий конструирования и проектирования, контроля и диагностики, оценки надежности основного и вспомогательного оборудования энергетических систем, станций и энергокомплексов и входящих в них энергетических установок.

Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследования, сборе и систематизации информации, связанной с деградацией фотоэлектрических модулей, исследовании изменения энергетических характеристик модулей с учетом их деградации, разработке алгоритма определения

возможных причин снижения мощности ФЭМ, проведении экспериментальных исследований.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Исследование вектора развития солнечной энергетики

Нефтяной кризис 1973 года, вызванный снижением объема добычи нефти в политических интересах арабских стран членов ОАПЕК (Организация арабских стран — экспортёров нефти) и последующему росту цен на нефть (Рисунок 1.1), дал значительный толчок для развития возобновляемых источников энергии в странах, зависимых от импорта ископаемого топлива [1, 2, 5]. Такой политический конфликт способствовал созданию политических организаций, регулирующих энергетическую безопасность стран-членов. Первой такой организацией стало Международное энергетическое агентство (International Energy Agency - IEA), которое было образовано в 1974 году после энергетического кризиса в противовес ОПЕК (Организация стран — экспортёров нефти), состоящей преимущественно из арабских стран [4, 5].

40

35

.0 30

си

¡^

CL

П5

io 25

^

о

д

5 1- 20

си

X

А

ь 15

о

ж

о 10

1-

и

5

0

1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980

Год

Рисунок 1.1 - Динамика цен на нефть в период с 1960 по 1980 гг. [6, 7, 8]

Для России, которая на момент первого энергетического кризиса была в составе Советского Союза, этот международный конфликт оказал положительный экономический эффект, так как СССР, обладая огромными запасами ископаемого топлива, после энергетического кризиса стал мировым лидером по производству и экспорту нефти (Рисунок 1.2) [9, 10].

200

180

I-

^ 160 со

о 140 >•

с!

0 120 ^

п.

си

■О- 100 ш

X

| 80 I-

си

1 60 I-

О

| 40 т

20 0

1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979

Год

Рисунок 1.2 - Экспорт нефти и нефтепродуктов СССР (в пересчете на нефть) [10]

Необходимость в повышении энергетической безопасности и в снижении зависимости от ископаемого топлива в западных странах на фоне ряда энергетических кризисов [7] способствовала финансированию исследований по применению возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Само по себе использование ВИЭ не было новым. Использование энергии рек и ветра для получения механической энергии и использование энергии солнца для получения тепловой является давно известной технологией, насчитывающей сотни лет. Новые исследования проводились в повышении эффективности существующих технологий [11], а также в поиске новых устройств получения электрической энергии с использованием ВИЭ.

Солнечная энергия была выбрана как одно из перспективных направлений для исследований. Для развития ВИЭ в США было создано Управление по исследованиям и разработкам в области энергетики (Energy Research and Development Administration - ERDA) и президентом был подписан Закон об исследованиях, разработках и демонстрации солнечной энергии. В 1977 году начинает действовать Институт по изучению солнечной энергии (англ. Solar Energy Research Institute) в рамках изданного закона [12].

Активное финансирование данного направления позволило провести большое количество исследований, что позволило не только усовершенствовать существующие технологии преобразования энергии солнца в электрическую, но и также популяризовать преобразователи на основе фотоэлектрических ячеек, которые применялись, в основном, для электроснабжения космических аппаратов.

Развитие ВИЭ в России не имеет темпа роста, схожего с другими развитыми странами по причине энергонезависимости России, обусловленной наличием большого количества ископаемого топлива. Однако за последние 20 лет был сделан большой скачок в производстве установок для преобразования ВИЭ, а также в строительстве энергокомплексов.

Знаковым событием в мире является создание глобальной организации, посвящённой исключительно возобновляемой энергетике, идея которой зародилась в 1981 году на Конференции ООН в Найроби, но реализовалась лишь десятилетия спустя. Ключевой импульс дала Германия, выступившая в начале 2000-х годов с инициативой создания специализированного агентства при поддержке Испании и Дании. Это стало ответом на растущее осознание мировыми правительствами тройного кризиса: изменений климата, энергетической безопасности и зависимости от ископаемого топлива [13].

Исторический момент наступил 26 января 2009 года в Бонне, где представители 75 стран подписали Устав IRENA. Германия, как инициатор, подчеркнула миссию агентства: «Закрыть брешь между гигантским потенциалом ВИЭ и их ограниченным использованием». Последующие два года ушли на формирование структуры. Штаб-квартиру разместили в Абу-Даби (ОАЭ) -

14

символичное решение для нефтезависимой страны, демонстрирующее универсальность энергоперехода. Дополнительные офисы открылись в Бонне и Вене [14].

8 июля 2010 года, после ратификации Устава 25-й страной, IRENA официально начала работу. С самого начала агентство фокусировалось не только на технологиях, но и на создании глобальной экосистемы сотрудничества. Оно стало платформой для обмена знаниями между развитыми и развивающимися странами, предлагая аналитику, финансовые механизмы и политические рекомендации. Признание IRENA наблюдателем при ООН укрепило её роль в реализации Парижского соглашения [13, 14].

Сегодня создание IRENA рассматривается как поворотный момент в истории энергетики. Агентство институционализировало глобальный переход к ВИЭ, доказав, что даже амбициозные идеи становятся реальностью, когда государства объединяются перед лицом общих вызовов.

На уровне Президента РФ и правительства принимаются Федеральные законы и другие законодательные акты о развитии малой генерации и использовании чистой энергии [15, 16, 17]. Реализация этих законов будет способствовать развитию малой генерации страны, повышению энергетической эффективности и решению вопросов энергетической и экологической безопасности.

Сейчас в России завод «Хевел» производит фотоэлектрические модули и преобразователи с производительностью 350 МВт в год. Правда, пока это не большие масштабы по сравнению с производством в Китае. На заводе «Энкор» по производству кремниевых пластин в г. Черняховске планируемая мощность составит уже 1,3 МВт.

Тенденция снижения стоимости наблюдается на протяжении последних лет и по прогнозам, стабилизация в ближайшее время не наступит. Это обстоятельство способствует все более активному применению фотоэлектрических модулей для получения электроэнергии.

Растущая проблема утилизации солнечных модулей становится серьезным вызовом для устойчивости возобновляемой энергетики. Срок службы типичной фотоэлектрической панели составляет 25-30 лет, а глобальный бум солнечной энергетики в начале 2000-х означает, что в ближайшие десятилетия мир столкнется с лавинообразным ростом объема отслуживших модулей. По оценкам, к 2050 году совокупная масса солнечных отходов может достичь 78 миллионов тонн [18]. Основная сложность переработки заключается в самой конструкции модулей. Они представляют собой сложные композиты: стекло, полимеры (чаще всего EVA), алюминиевая рама, медь, кремниевые элементы или тонкие пленки (включая потенциально токсичные кадмий или свинец), которые прочно склеены между собой. Разделение этих компонентов для эффективной и экологически безопасной переработки технологически сложно и энергозатратно. Существующие механические и химические методы часто не позволяют извлечь все ценные материалы (серебро, кремний, медь) с высокой чистотой и в полном объеме, а утилизация опасных компонентов требует особых условий. Экономическая рентабельность переработки остается низкой из-за высоких затрат на процессы и логистику, особенно на фоне относительно низкой стоимости некоторых первичных материалов. Отсутствие унифицированных глобальных нормативов и инфраструктуры сбора усугубляет ситуацию, приводя к риску захоронения модулей на свалках с выбросом токсинов в почву и воду. Без прорывных технологий утилизации и развитой системы циклической экономики экологические преимущества солнечной энергии могут быть сведены на нет этой накапливающейся проблемой [19, 20].

Солнечная энергетика продолжает лидировать в росте мощностей, увеличившись на 346 ГВт (+ 32,2%). На солнечную фотоэлектрическую энергию приходится почти весь прирост солнечной энергии в 2023 году: который составил 345,5 ГВт, а прирост концентрированной солнечной энергии - 0,3 ГВт. Прирост в Азии в 2023 году составил 237,7 ГВт (по сравнению с + 110,7 ГВт в 2022 году). 91,2% прироста пришлось на Китай (+ 216,9 ГВт) и Индию (+ 9,7 ГВт). Япония также прибавила 4,0 ГВт, что несколько меньше, чем в 2022 году. За пределами

16

Азии в 2023 году США добавили 24,8 ГВт солнечных мощностей, Германия и Бразилия - 14,3 ГВт и 11,9 ГВт соответственно [23].

Первое место среди стран по строительству солнечных электростанций принадлежит Китаю. На конец 2023 года установленная мощность всех солнечных электростанций на территории КНР составляла 390 ГВт [24]. В общий показатель роста ввода солнечных электростанций Китай добавил 216,9 ГВт. На сегодняшний день КНР является лидером не только в производстве электроэнергии фотоэлектрическими установками, но и в производстве фотоэлектрических модулей.

Согласно отчетам Международного энергетического агентства и Международного агентства по возобновляемой энергетике за 2023 год, установленная мощность солнечных электростанций (СЭС), составляет 1,41 ТВт. В отчетах этих агентств проведен анализ стратегий развития возобновляемой энергетики более 150 стран, который показывает, что к 2030 году ожидается среднегодовой прирост мощности СЭС 492-578 ГВт/год. Эта тенденция напрямую связана со снижением стоимости производства фотоэлектрических модулей на основе кремниевых ячеек (Рисунок 1.3) [21, 22, 23].

£ 5

и т и

ё4 о

X

° 3

2 3 ее

(И X X

ш 2 ^

т

0

X

(И

1 1

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

Год

6

0

Рисунок 1.3 - Прогнозируемый рост установленной мощности СЭС к 2030 году

[21, 22, 23]

1.2 Существующие и перспективные технологии производства

фотоэлектрических модулей

Независимо от выбранных материалов, конструкция фотоэлектрических модулей представляет «сэндвич» (Рисунок 1.4). Такая конструкция вызвана необходимостью защиты фотоэлементов от внешней среды и механических воздействий.

Рисунок 1.4 - Строение фотоэлектрического модуля [25]

Из-за того, что главными составляющими в конструкции ФЭМ являются фотоэлементы, изготовленные из кремния, то классификация происходит по технологии их производства. Существует 3 основных технологии производства фотоэлементов, используемых в коммерческих ФЭМ:

- Монокристаллический кремний;

- Поликристаллический кремний;

- Аморфный кремний.

ФЭМ на основе аморфного кремния рассматриваться в данной работе не будут, так как их не применяют на промышленных СЭС из-за того, что они имеют низкую эффективность и высокую скорость деградации в сравнении с остальными фотоэлементами.

Фотоэлементы на основе поликристаллического кремния (Рисунок 1.5) представляют собой прямоугольные элементы, выполненные по технологии

производства поликристаллов, которая включает расплавление кремния и его последующую кристаллизацию с ориентацией кристаллов в фиксированном направлении. Данный процесс, известный как реактивно-ионное травление, обеспечивает относительное увеличение поглощения примерно на 40%. Это позволяет получать прямоугольные слитки поликристаллического кремния, которые нарезаются на блоки и далее - на тонкие пластины.

Однако финальный этап можно исключить путем выращивания тонких лент поликристаллического кремния. Данная производственная технология была разработана компанией Evergreen Solar [26].

Поликристаллический элемент является подходящим материалом для снижения стоимости разработки солнечных элементов, однако его эффективность ниже по сравнению с монокристаллическими элементами и другими перспективными материалами. Более того, поликристаллические элементы имеют меньше дефектов, связанных с металлическими загрязнениями и кристаллической структурой, в сравнении с монокристаллическими [27].

Рисунок 1.5 - Поликристаллический фотоэлемент

Фотоэлементы на основе поликристаллического кремния производят по технологии TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), которая представляет собой следующий логический шаг в эволюции тыльного контакта (Рисунок 1.6). Вместо локальных контактов через пассивирующий слой, TOPCon использует ультратонкий (1-2 нм) туннельный оксид кремния (SiO2), покрытый высоколегированным слоем поликристаллического кремния (n+ или p+ poly-Si).

Эта структура формирует превосходно пассивированный, низкоомный контакт по всей тыльной поверхности элемента. Туннельный оксид предотвращает рекомбинацию на границе раздела, а поликремний обеспечивает эффективное извлечение носителей. ТОРСоп позволяет достигать КПД элементов, превышающих 25 % в массовом производстве, и КПД модулей более 23 %. Важным преимуществом является значительное улучшение бифациальности (способности генерировать ток с тыльной стороны) и лучший температурный коэффициент по сравнению с PERC. Хотя переход на ТОРСоп требует более сложных и дорогих этапов вакуумного напыления и высокотемпературного отжига по сравнению с PERC, его потенциал по эффективности и совместимость с PERC-инфраструктурой делают его основной технологией ближайшего будущего [28].

11 МММ м ИI ♦ И

•• 1

II i

1 4 . ill

* f • 1 1 ♦

l

lit

• • 1 |

. . ! | I |

ill

Рисунок 1.6 - Поликристаллический TOPCon фотоэлемент

Кристаллический кремний (c-Si) сохраняет абсолютное доминирование на рынке ФЭ модулей, обеспечивая более 95% мирового производства. Эта устойчивость обусловлена зрелостью технологии, обширной промышленной инфраструктурой, высокой надежностью и постоянно растущей эффективностью.

Технология PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) стала промышленным стандартом последнего десятилетия для монокристаллических элементов, вытеснив традиционные Al-BSF (алюминиевая задняя поверхностная полевая структура) элементы (Рисунок 1.7).

а б

Рисунок 1.7 - Монокристаллический PERC фотоэлемент: а - лицевая сторона; б - тыльная сторона

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Заварухин Владимир Александрович, 2025 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Макаров, И. А. Энергетический Пёрл-Харбор / И. А. Макаров, М. С. Чупилкин // Россия в глобальной политике. - 2021. - Т. 19, № 1(107). - С. 38-53.

- EDN XZIVCW.

2. Морогов, А. А. Формирование системы энергетической безопасности Японии / А. А. Морогов // Индекс безопасности. - 2010. - Т. 16, № 1(92). - С. 155-162. - EDN OWRTZH.

3. Яковлев А.И. Нефтяной кризис 1973 г.: взгляд спустя полвека. Россия и мир: научный диалог. 2024;(2):197-221. https://doi.org/10.53658/RW2024-4-2q2)-197-221

4. History. From oil security to steering the world toward secure and sustainable energy transitions [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.iea.org/about/history (дата обращения: 26.06.2023).

5. Куликов, А. А. История ОПЕК. Цели, задачи, новые вызовы / А. А. Куликов // Синергия Наук. - 2022. - № 73. - С. 483-489. - EDN LDZWFZ.

6. Горкина, Т. И. Нефтяная промышленность Ближнего Востока в системе глобальной энергетики / Т. И. Горкина // Географический вестник. -2019. - № 4(51). - С. 59-69. - DOI 10.17072/2079-7877-2019-4-59-69. - EDN DFVJLT.

7. Цветаев, Ю. Система ценообразования на нефть: от "нефтяных шоков" 1970-х - 1980-х годов до текущего энергетического кризиса / Ю. Цветаев // Энергетическая политика. - 2022. - № 6(172). - С. 18-29. - DOI 10.46920/2409-5516_2022_6172_18. - EDN CXSOLS.

8. Коржубаев, А. Г. Динамика мировых цен на нефть: исторический аспект / А. Г. Коржубаев // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. - 2006. - № 6. - С. 69-75. - EDN JWWPQP.

9. Буяндукова, Д. Н. Последствия энергетического кризиса 1973 Г. Для экономики России / Д. Н. Буяндукова // Молодежный научный вестник. - 2018.

- № 4(29). - С. 328-332. - EDN XOKBCX.

110

10. Славкина, М.В. Триумф и трагедия. Развитие нефтегазового комплекса СССР в 1960-1980-е годы. - М.: Изд-во «Наука», 2002. 221 с.

11. Бутузов, В. А. Энергетика России на основе ВИЭ: история и современность / В. А. Бутузов, П. П. Безруких, В. В. Елистратов // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. - 2021. - № 8(236). - С. 52-57. - EDN KRVKQT.

12. Energy Laboratory. Laboratory History [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.nrel.gov/about/history.html (дата обращения: 26.06.2023).

13. Акшалова, Р. Д. Международное агентство по возобновляемой энергии как специализированная международная организация / Р. Д. Акшалова // Право и государство. - 2018. - № 1-2(78-79). - С. 130-141. - EDN YAJSMX.

14. Симонян, А. С. Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (ИРЕНА) / А. С. Симонян, А. М. Солнцев // Международное право. - 2010. - Т. 43, № 3. - С. 67. - EDN OOHTOB.

15. Федеральный закон "О внесении изменений в Федеральный закон "Об электроэнергетике" в части развития микрогенерации" от 27.12.2019 N 471-ФЗ (последняя редакция) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_341801/ (дата обращения: 04.06.2024).

16. Федеральный закон "О внесении изменений в Федеральный закон "Об электроэнергетике" и отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 02.11.2023 N 516-ФЗ (последняя редакция) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_461026/ (дата обращения: 04.06.2024).

17. Указ Президента Российской Федерации от 28 февраля 2024 г. №2 145 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/408518353/ (дата обращения: 04.06.2024).

18. IRENA and IEA-PVPS (2016), "End-of-Life Management: Solar Photovoltaic Panels," International Renewable Energy Agency and International Energy Agency Photovoltaic Power Systems.

19. Maurianne Flore Azeumo et al. Photovoltaic module recycling, a physical and a chemical recovery process, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 193, 2019, Pages 314-319, ISSN 0927-0248, https://doi.org/10.1016/i.solmat.2019.01.035.

20. Martin Libra et al. Reduced real lifetime of PV panels - Economic consequences, Solar Energy, Volume 259, 2023, Pages 229-234, ISSN 0038-092X, https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.04.063.

21. Renewable Energy Market Update Outlook for 2022 and 2023 [Электронный ресурс]. - Режим доступ: https://www.iea.org/reports/renewable-energy-market-update-may-2022 (дата обращения: 26.06.2023).

22. IRENA (2024), Renewable capacity highlights 2024, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi.

23. IRENA (2024), Renewable capacity statistics 2024, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi.

24. China Electricity Council. Отчет об анализе ситуации с поставками и спросом на электроэнергию на 2023 год и прогнозе ее развития [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://cec.org.cn/detail/index.html73-317477 (дата обращения: 26.06.2023).

25. Фотоэлектрические модули (солнечные панели) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/techsolarpanels.htm (дата обращения: 04.06.2025).

26. Tyagi V.V., Rahim N.A.A., Rahim N.A., Selvaraj J.A.L. Progress in solar PV technology: Research and achievement // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013. Vol. 20. P. 443-461.

27. Manna T, Mahajan S. Nanotechnology in the development of photovoltaic cells. In: IEEE International Conference on Clean Electrical Power ICCEP'07, 2007. pp. 379-86.

28. TOPCon Cell Technology: What is it and How it Works [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.solarnplus.com/topcon-cell-technology-what-is-it-and-how-it-works/ (дата обращения: 04.06.2025).

29. Solar Magazine Website. A Complete Guide to PERC Solar Panels (vs. Other Techs) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://solarmagazine.com/solar-panels/perc-solar-panels/ (дата обращения: 04.06.2025).

30. Hevel website. Надежный источник энергии для вашего дома [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.hevelsolar.com/b2c/ (дата обращения: 04.06.2025).

31. DS Energy website. IBC (Interdigitated Back Contact) Solar Cell Technology [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.dsneg.com/info/ibc-interdigitated-back-contact-solar-cell-t-43750572.html (дата обращения: 04.06.2025).

32. What is half-cut solar cell technology? [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.solarreviews.com/blog/half-cut-solar-cell-technology-explained (дата обращения: 04.06.2025).

33. Hwang S., Kang Y. Reliability study on the half-cutting PERC solar cell and module // Energy Reports. 2023. Vol. 10. P. 678-685.

34. Monofacial vs Bifacial Solar Panels [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://alpexsolar.com/resources/blog/monofacial-vs-bifacial-solar-panel/ (дата обращения: 04.06.2025).

35. A review of thin film solar cell technologies and challenges / T.D. Lee, A.U. Ebong // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2017. - Vol. 70. - P. 1286-1297.

36. Изучение тонкопленочных солнечных панелей: эффективность, стоимость и сравнение [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.shieldenchannel.com/blogs/solar-panels/thin-film-solar-panels (дата обращения: 04.06.2025).

37. VDE Americas website. A path to perovskite PV bankability [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.vde.com/en/vde-americas/newsroom/perovskite-pv-bankability (дата обращения: 04.06.2025).

38. Что такое перовскитовые фотоэлемнты? (Interdigitated Back Contact) Solar Cell Technology [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://solarsoul.net/chto-takoe-perovskitovye-fotoelemnty/ (дата обращения: 04.06.2025).

39. Гибкие и легкие перовскитные фотоэлементы — источник энергии на Земле и в космосе. Мнение эксперта [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://science.mail.ru/articles/411 -gibkie-i-legkie-perovskitnye-fotoelementy-istochnik-energii-na-zemle-i-v-kosmose/ (дата обращения: 04.06.2025).

40. Стабилизированные перовскитные солнечные модули сохраняют эффективность после 2000 часов работы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https: //elementy. ru/novosti_nauki/433692/Stabilizirovannye_perovskitnye_ solnechnye_moduli_sokhranyayut_effektivnost_posle_2000_chasov_raboty (дата обращения: 04.06.2025).

41. Oxford PV ships first commercial perovskite tandem modules [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.pv-tech.org/oxford-pv-ships-first-commercial-perovskite-tandem-modules/ (дата обращения: 04.06.2025).

42. Know the Material: Perovskite - Powering the Next Generation of Solar Cell [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://editverse.com/know-the-material-perovskite-powering-the-next-generation-of-solar-cells/ (дата обращения: 04.06.2025).

43. Kirpichnikova, I. M. Simulation of the Solar Module Considering the Influence of Internal and External Parameters in MATLAB/Simulink / I. M. Kirpichnikova, V. A. Zavarukhin // Proceedings - 2022 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2022, Sochi, 16-20 мая 2022 года. - Sochi, 2022. - P. 248-252.

44. DELTA Solutions Series - Part 4: Thermal Inspection of Solar Panels

[Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.flir.com/suas/delta/delta-

114

solutions-series-part-4-Thermal-Inspection-of-Solar-

Panels/?srsltid=AfmB0orqL3dx0EGuM7E5liCUAwlyxNyKBitN3tFWQzpi08Y8LJ XyOkaN (дата обращения: 04.06.2025).

45. The long read: EL to the field - Assessing plant health [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.pv-magazine-india.com/2020/05/02/the-long-read-el-to-the-field-assessing-plant-health/ (дата обращения: 20.05.2025).

46. ГОСТ Р МЭК 60891-2013 Государственная система обеспечения единства измерений. Приборы фотоэлектрические. Методики коррекции по температуре и энергетической освещенности результатов измерения вольт-амперной характеристики [Текст]. - Введ. 2013-22-11. - М.: Стандартинформ, Россия, 2014. P. 16.

47. Приказ Министерства труда и социальной защиты РФ от 15 декабря 2020 г. № 903н «Об утверждении Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок» (зарегистрирован Минюстом России 30.12.2020, № 61957; в ред. Приказа от 29.04.2022 № 279н) // Официальный интернет-портал правовой информации. — 2020. — Режим доступа: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_372952/ (дата обращения: 04.06.2025)

48. Solar I-V Curves. Interpreting Trace Deviations // SolarPro magazine. -2014. - Issue 7.5. - P. 16.

49. Smart I-V Curve Diagnosis Technical White Paper. China General Certification Center and Huawei Technologies CO., Ltd. August, 2020, 16 pages.

50. Liu H., Arora M., Luo F., Zhao L. Automatic IV Curve Diagnosis with Deep Learning // 2021 IEEE 48th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). — 2021. — P. 2242-2246.

51. Bougoffa M., Benmoussa S., Djeziri M., Contaret T. Deep Learning-Based Fault Diagnosis in Photovoltaic System // 2024 International Conference on Decision Aid Sciences and Applications (DASA). Manama, Bahrain, Dec 2024. — P. 1-5.

52. Class of Cells. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://newtek-schmid.com/en/solar_energy/type_cell (дата обращения: 20.05.2025).

53. C.B. Honsberg and S.G. Bowden, «Photovoltaics Education Website». Fill Factor. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.pveducation.org/pvcdrom/solar-cell-operation/fill-factor (дата обращения: 20.05.2025).

54. Sinovoltaics website. Solar cell grading (A, B, C, D). [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://sinovoltaics.com/quality-control/grading-of-solar-cells-a-b-c-d/ (дата обращения: 20.05.2025).

55. Качество солнечных модулей. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://s-ways.ru/blog/faq/7299.html (дата обращения: 04.06.2024).

56. Maysun Solar website. Solar Panel Encapsulation: important part of solar panel. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.maysunsolar.com/solar-panel-encapsulation-important-part-of-solar-panel/ (дата обращения: 20.05.2025).

57. Vishakha Renewables website. Importance and Main Features of Solar Encapsulant in Solar Panel (EVA Sheet in Solar Panel). [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://www.maysunsolar.com/solar-panel-encapsulation-important-part-of-solar-panel/ (дата обращения: 20.05.2025).

58. Саранин, Д.С. Технология жидкофазного получения и легирования тонкопленочных перовскитов для повышения эксплуатационных характеристик солнечных батарей на их основе: автореферат диссертации ... доктора технических наук: 2.2.3. — Москва, 2024. — 50 c. 2024.

59. Aitola K., Sonai G.G., Markkanen M., Kaschuk J.J., Hou X., Miettunen K., Lund P.D. Encapsulation of commercial and emerging solar cells with focus on perovskite solar cells // Solar Energy. 2022. Vol. 237. P. 264-283.

60. Landa - Pliquet M., Bejat T., Serasset M., Descormes A., Mofakhami E., Voroshazi E. Enhancing photovoltaic modules encapsulation: Optimizing lamination processes for Polyolefin Elastomers (POE) through crosslinking behavior analysis //

Solar Energy Materials and Solar Cells. 2024. Vol. 267. P. 112725.

116

61. Migo Glass Website. Какое стекло используется в солнечных панелях. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.migoglass.net/info/what-glass-is-used-in-solar-panels-82485275.html (дата обращения: 20.05.2025).

62. Vatti Glass Website. Солнечное стекло. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://ru.vattiglass.com/615.html (дата обращения: 20.05.2025).

63. Laurel Glass Website. Фотоэлектрическое солнечное стекло. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.laurelglasstecno.net/energy-efficient-glass/solar-glass/photovoltaic-solar-glass.html (дата обращения: 20.05.2025).

64. JMSolar Website. Аксессуары для изготовления солнечных батарей. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.cnsolarpanel.com/ru/solar-panel-glass-sheet-ultra-clear-tempered-white/ (дата обращения: 20.05.2025).

65. Alexander Phinikarides, Nitsa Kindyni, George Makrides, GeorgeE. Georghiou. Review of photovoltaic degradation rate methodologies// Renewable and sustainable energy reviews. Volume 40. December 2014. Pages 143-152.

66. B. Sopori et al., "Understanding light-induced degradation of c-Si solar cells," 2012 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Austin, TX, USA, 2012, pp. 001115-001120.

67. Fokuhl E., Philipp D., Mulhofer G., Gebhardt P. LID and LETID evolution of PV modules during outdoor operation and indoor tests [Электронный ресурс] // EPJ Photovoltaics. 2021. Vol. 12. С. 9.

68. Lindroos J., Savin H. Review of light-induced degradation in crystalline silicon solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2016. Vol. 147. P. 115 -126.

69. Seok M.-G., Kim J., Lee Y., Kim Y., Kim Y., Kim S.M. Treatment of light-induced degradation for solar cells in a p-PERC solar module via induction heating // Energies. 2021. Vol. 14. No. 19. P. 6352.

70. Damiani B., Nakayashiki K., Kim D.S., Yelundur V., Ostapenko S., Tarasov I., Rohatgi A. Light induced degradation in promising multi-crystalline silicon

materials for solar cell fabrication // 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2003. Proceedings of. 2003. Vol. 1. Pp. 927-930.

71. Padmanabhan, M., Jhaveri, K., Sharma, R., Basu, P.K., Raj, S., Wong, J. and Li, J. (2016), Light-induced degradation and regeneration of multicrystalline silicon Al-BSF and PERC solar cells. Phys. Status Solidi RRL, 10: 874-881.

72. Dhimish M., Theristis M., d'Alessandro V. Photovoltaic hotspots: A mitigation technique and its thermal cycle // Optik. 2024. Vol. 300. P. 171627.

73. Deng S., Zhang Z., Ju C., Dong J., Xia Z., Yan X., Xu T., Xing G. Research on hot spot risk for high-efficiency solar module // Energy Procedia. 2017. Vol. 130. Pp. 77-86.

74. ГОСТ Р МЭК 61646-2013 Модули фотоэлектрические тонкопленочные наземные. Порядок проведения испытаний для подтверждения соответствия функциональным характеристикам [Текст]. - Введ. 2015-01-01. -М.: Стандартинформ, Россия, 2014. С. 38.

75. ГОСТ Р 56980.2-2020 (МЭК 61215-2:2016) Модули фотоэлектрические. Оценка соответствия техническим требованиям. Часть 2. Методы испытаний [Текст]. - Введ. 2021-01-01. - М.: Стандартинформ, Россия, 2020. С. 57.

76. Dhimish M., Holmes V., Mehrdadi B., Dales M., Mather P. Detecting Defective Bypass Diodes in Photovoltaic Modules using Mamdani Fuzzy Logic System // Global Journal of Researches in Engineering: F Electrical and Electronics Engineering. 2017. pp. 33-44.

77. Wohlgemuth J., Silverman T., Miller D., McNutt P., Kempe M., Deceglie M. Evaluation of PV module field performance // 2015 IEEE 42nd Photovoltaic Specialist Conference (PVSC). 2015. Pp. 1-7.

78. A. Fairbrother, L. Gnocchi, C. Ballif, A. Virtuani, Corrosion testing of solar cells: Wear-out degradation behavior, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 248, 2022, 111974.

79. Iqbal N., Li M., Sakthivel T.S., Mikeska K., Lu M., Nandakumar N.,

Duttagupta S., Dhamrin M., Tsuji K., Bowden S., Augusto A., Guan Y., Seal S., Davis

118

K.O. Impact of acetic acid exposure on metal contact degradation of different crystalline silicon solar cell technologies // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2023. Vol. 250. P. 112089.

80. Chidurala S., Mohapatra A., Nayak B., Ghatak S.R. Analysis of Partial Shading Effect on Energy Output of Different Solar PV Array Configurations // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 39, Pt. 5. P. 1905-1909.

81. Samuel Gyamfi, Bernard Aboagye, Forson Peprah, Michael Obeng. Degradation analysis of polycrystalline silicon modules from different manufacturers under the same climatic conditions/ Energy Conversion and Management: X, Volume 20, October 2023, 100403, https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2023.100403

82. How Extreme Weather and System Aging Affect the US Photovoltaic Fleet [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.nrel.gov/news/program/2024/how-extreme-weather-and-system-aging-affect-the-us-photovoltaic-fleet.html (дата обращения: 04.06.2024).

83. Konrad Mertens, Photovoltaics: Fundamentals, Technology and Practice, ISBN: 978-1-118-63416-5, 294 pages, February 2014, John Wiley & Sons

84. Luo, Wei & Khoo, Yong Sheng & Hacke, Peter & Naumann, Volker & Lausch, Dominik & Harvey, Steven & Singh, Jai Prakash & Chai, Jing & Wang, Yan & ABERLE, Armin & Ramakrishna, Seeram. (2016). Potential-induced Degradation in Photovoltaic Modules: A Critical Review. Energy Environ. Sci.. 10. 10.1039/C6EE02271E.

85. R. Swanson, et al., "The Surface Polarization Effect in High-Efficiency Silicon Solar Cells," Proceedings of the 15th International Photovoltaic Science & Engineering Conference, Shanghai, 11-13 October 2005, pp. 410-413.

86. Pingel, S.; Frank, O.; Winkler, M.; Oaryan, S.; Geipel, T.; Hoehne, H.; Berghold, J. Potential induced degradation of solar cells and panels. In Proceedings of the 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Honolulu, HI, USA, 20-25 June 2010; pp. 2817-2822.

87. G. Mon, L. Wen, R. Ross and D. Adent, Proceedings of the 18th IEEE

Photovoltaic Specialists Conference, Las Vegas, NV, USA, 1985, pp. 1179-1185.

119

88. G. Mon and R. Ross, Proceedings of the 18th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Las Vegas, NV, USA, 1985, pp. 1142-1149.

89. What is PID [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://renewables.messaritis.gr/pid/fainomeno-pid/?lang=en (дата обращения: 04.06.2024).

90. Арифов А.М., Бекиров Э.А.. Методы решения проблем полярязационно-индуцированной деградации фотогальванических элементов / Строительство и техногенная безопасность, № 27 (79), - 2022, - С. 89-100.

91. Light Induced Degradation of Rear Passivated mc-Si Solar Cells / K. Ramspeck, S. Zimmermann, H. Nagel, A. Metz, Y. Gassenbauer, B. Birkmann, A. Seidl // Proceedings of the 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (27th EU PVSEC). — Frankfurt, Germany, 2012. — P. 861-865.

92. Degradation of multicrystalline silicon solar cells and modules after illumination at elevated temperature / F. Kersten, P. Engelhart, H.-C. Ploigt, A. Stekolnikov, T. Lindner, F. Stenzel, M. Bartzsch, A. Szpeth, K. Petter, J. Heitmann, J.W. Müller // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2015. - Vol. 142. - P. 83-86.

93. Combatting LeTID in solar panels: How testing has demonstrated the high resistance of REC solar panels to LeTID degradation, ensuring long term power for lasting performance [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.recgroup.com/en/downloads/product-downloads/how-testing-demonstrates-recs-high-resistance-letid (дата обращения 16.05.2025).

94. Results from an International Interlaboratory Study on Light- and Elevated Temperature-Induced Degradation (LETID) in Solar Modules / J. Karas, I. Repins, K. Berger [et al.]. — 2022. — 7 p. — Presented at the 2022 Photovoltaic Reliability Workshop (PVRW), February 21-25, 2022.

95. Кирпичникова И.М., Махсумов И.Б., Шестакова В.В. Снижение генерации электрической энергии солнечными модулями в условиях запыленности местности. iPolytech Journal. 2023;27(1):83-93. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2023-1-83-93

96. Заварухин В.А., Кирпичникова И.М., Шестакова В.В. Устройство для предотвращения загрязнения и деградации солнечных модулей. Патент на полезную модель 218045 U1, 04.05.2023. Заявка № 2023107268 от 27.03.2023.

97. I.M.Kirpichnikova, K. Sudhakar, I.B. Makhsumov, A.S. Martyanov S. Shanmuga Priya. Thermal model of photovoltaic module with heat protective film// Case Studies in Thermal Engineering, 30 (2022) 101744. DOI: 10.1016/j.csite.2021.101744.

98. Кирпичникова И.М., Махсумов И.Б., Сироткин Е.А. Голографическая пленка на основе призмаконов. Патент на полезную модель 201526 U1, 21.12.2020. Заявка № 2020132145 от 30.09.2020.

99. IV Swinger 2 - PCB (PV Module, SSR) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.instructables.com/IV-Swinger-2-PCB-PV-Module-SSR/ (дата обращения 16.05.2024).

100. Olayiwola TN, Hyun S-H, Choi S-J. Photovoltaic Modeling: A Comprehensive Analysis of the I-V Characteristic Curve. Sustainability. 2024; 16(1):432. https://doi.org/10.3390/su16010432

101. Gaevskaya, A. (2019). АЛГОРИТМ АППРОКСИМАЦИИ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОМОДУЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ЧАСТИЧНОГО ЗАТЕНЕНИЯ. Vidnovluvana energetika. 21-29. DOI:10.36296/1819-8058.2019.3(58).21-29.

102. Szabo R, Gontean A. Photovoltaic Cell and Module I-V Characteristic Approximation Using Bezier Curves. Applied Sciences. 2018; 8(5):655. https://doi.org/10.3390/app8050655

103. Mohamed Louzazni, Sameer Al-Dahidi, Approximation of photovoltaic characteristics curves using Bezier Curve, Renewable Energy, Volume 174, 2021, Pages 715-732, ISSN 0960-1481, https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.04.103

104. Голованов, Н. Н. Геометрическое моделирование : учебное пособие / Н.Н. Голованов. — Москва: КУРС: ИНФРА-М, 2024. — 400 с. - ISBN 978-5905554-76-6

105. Olayiwola, T.N.; Choi, S.J. Fast IV Curve Approximation Technique for Photovoltaic Panels using Superellipse. In Proceedings of the KIPE Power Electronics Conference, Jeju, Republic of Korea, 5-7 May 2022; p. 7

106. Singh, Priyanka and Ravindra, Nuggehalli M., Analysis of series and shunt resistance in silicon solar cells using single and double exponential models, Emerging Materials Research, Volume 1, Issue 1, Pages 33-38, 2012, DOI: 10.1680/emr.11.00008

107. J.W. Bishop, Computer simulation of the effects of electrical mismatches in photovoltaic cell interconnection circuits, Solar Cells, Volume 25, Issue 1, 1988, Pages 73-89, ISSN 0379-6787, https://doi.org/10.1016/0379-6787(88)90059-2

108. Киевец А.В., Бай Ю.Д., Суворов А.А., Аскаров А.Б., Ким А.А. Исследование влияния изменения температуры солнечных панелей на выходные характеристики солнечной электростанции в условиях частичной затененности. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 3. С. 627-638. http://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-3-627-638

109. Vandana Khanna, B.K. Das, Dinesh Bisht, Vandana, P.K. Singh, A three diode model for industrial solar cells and estimation of solar cell parameters using PSO algorithm, Renewable Energy, Volume 78, 2015, Pages 105-113, ISSN 0960-1481, https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.12.072.

110. Martin Calasan, Shady H.E. Abdel Aleem, Ahmed F. Zobaa, A new approach for parameters estimation of double and triple diode models of photovoltaic cells based on iterative Lambert W function, Solar Energy, Volume 218, 2021, Pages 392-412, ISSN 0038-092X, https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.02.038

111. ГОСТ 8.654—2016 Государственная система обеспечения единства измерений. Фотометрия. Термины и определения [Текст]. - Введ. 2017-07-01. -М.: Стандартинформ, Россия, 2019. P. 16.

112. da Silva, M.K.; Gul, M.S.; Chaudhry, H. Review on the Sources of Power Loss in Monofacial and Bifacial Photovoltaic Technologies. Energies 2021, 14, 7935. https://doi.org/10.3390/en14237935

113. C.B.Honsberg and S.G.Bowden, "Photovoltaics Education Website" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.pveducation.org/ (дата обращения 1б.05.2024).

114. Amit Jain, Avinashi Kapoor, A new method to determine the diode ideality factor of real solar cell using Lambert W-function, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 85, Issue 3, 2005, Pages 391-39б, ISSN 0927-0248, https://doi.org/10.1016/i.solmat.2004.05.022.

115. Зиновьев, В. В. Математическая модель фотоэлектрического преобразователя с использованием W-функции Ламберта / В. В. Зиновьев, А. П. Бельтюков, О. А. Бартенев // Известия Института математики и информатики Удмуртского государственного университета. - 201б. - № 2(48). - С. 22-30. -EDN XDYKXL.

116. W-функция Ламберта и ее приложения [Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ru/articles/665634/ (дата обращения: 28.04.2024г.).

117. ГОСТ Р 58648.2-2019 (МЭК 61853-2:201б) Модули фотоэлектрические. Определение рабочих характеристик и энергетическая оценка. Часть 2. Определение спектральной чувствительности, зависимости характеристик от угла падения и коэффициентов для расчета рабочей температуры [Текст]. - Введ. 2019-10-10. - М. : Стандартинформ, Россия, 2019. P. 27.

118. Дружинин В.М., Гельманова З.С., Гребенников Е.Ю. ОБСЛУЖИВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ГОРОДА САРАНИ // Endless Light in Science. - 2024. - № 7. - С. 148-153.

119. Охоткин, Г. П. Методика расчета мощности солнечных электростанций / Г. П. Охоткин // Вестник Чувашского университета. - 2013. -№ 3. - С. 222-230.

120. Митрофанов, С. В. Методика расчета мощности автономной

солнечной электростанции для нужд освещения лаборатории энергосбережения

и энергоэффективности / С. В. Митрофанов, А. Ю. Немальцев //

Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и

123

культуры : Материалы Всероссийской научно-методической конференции, Оренбург, 03-05 февраля 2016 года. - Оренбург: Оренбургский государственный университет, 2016. - С. 333-337.

121. Расчет мощности солнечных батарей [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://b-eco.ru/articles/calc_power1/ (дата обращения 16.05.2025).

122. Кирпичникова И.М. Возобновляемые источники энергии: учебное пособие к практическим занятиям/ И.М. Кирпичникова, Е.В.Соломин. -Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. - 50 с.

123. Инсоляция на карте России [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://realsolar.ru/article/solnechnye-batarei/kolichestvo-solnechnoy-energii-v-regionah-rossii/ (дата обращения 16.05.2025).

124. Таблицы инсоляции для расчета ФЭС [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.solbat.su/meteorology/insolation/ (дата обращения 16.05.2025).

125. Карты солнечного ресурса Европы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.dsisolar.com/info/solar-resource-maps-of-europe-31088779.html (дата обращения 16.05.2025).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Общество с ограниченной ответственностью

«Энерготехнологии-Сервис»

350000, г. Краснодар, ул. Садовая, 223 тел. [phone] [e-mail]

Диссертационный совет: УРФУ 2.4.07.17 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Уральский университет им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, ауд. И-420

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

методики оценки состояния фотоэлектрических модулей по вольтамперным

характеристикам

Настоящим подтверждаем, что результаты диссертационной работы аспиранта ЮжноУральского государственного университета (национального исследовательского университета) Заварухина Владимира Александровича на соискание учёной степени кандидата технических наук, выполненной по теме «Разработка алгоритма оценки состояния и определения причин деградации фотоэлектрических модулей» в части разработанной методики оценки состояния фотоэлектрических модулей по вольтамперным характеристикам будут использованы для проектирования, монтажа и эксплуатации фотоэлектрических модулей на энергетических предприятиях Краснодарского края.

Разработанная методика позволяет произвести оценку состояния единичного фотоэлектрического модуля или цепи последовательно соединенных модулей в условиях окружающей среды. Оценка производится по значению мощности, выраженной в процентах от паспортного значения максимальной мощности, полученной при стандартных условиях испытаний.

В отличие от методики № 2, изложенной в ГОСТ МЭК 60891 - 2013, где требуется определение коэффициентов коррекции при различных значениях энергетической освещенности и температуры, что затрудняет её использование на крупных электростанциях, разработанная Заварухиным В.А. методика имеет значительное упрощение в части процесса определения последовательного сопротивления ФЭМ при помощи \¥-функции Ламберта. При этом точность коррекции, находится в пределах ±5%.

Генеральный директор ООО «Энерготехнологии-Сервис», доктор технических наук, профессор Кубанского государственного аграрного университета

В.А.Бутузов

Рисунок П.7 - Алгоритм определения причин возникновения зашунтированных участков

Исходный код программы для моделирования вольт-амперных характеристик фотоэлектрического модуля Private Sub CommandButton1_Click() ' Очищаем столбцы ВАХ With Worksheets(,Tрафики ВАХ") .Range(.Cells(9, 1), .Cells(208, 9)).ClearContents End With

With Worksheets("Графики ВАХ") .Range(.Cells(3, 1), .Cells(3, 9)).ClearContents End With

With Worksheets("Графики ВАХ") .Range(.Cells(5, 1), .Cells(5, 9)).ClearContents End With

With Worksheets("Графики ВАХ") .Range(.Cells(7, 1), .Cells(7, 9)).ClearContents End With

' Очистка закончена

Dim Uoc, Uocmax, Uocmax1, Uocmax2, Isc, IL, IL1, IL2, Ki, Ku, q, k, Rs, Rsh, Rs1, Rs2, Rs0, Rsg, Rsh0, Rshg, T1, E1, Dark1, T2, E2, Dark2, n, I01, I02, IVD1, IVD2, Ut, Ut1, Ut2, I0, Eg, VD1, VD2, Emax, Emin, ILmax, ILmin Uoc = Range("A3").Value2 Isc = Range("B3").Value2 Rs = Range("A9").Value2 Rsh = Range("B9").Value2 Ki = Range("F3").Value2 Ku = Range("E3").Value2 E1 = Range("A6").Value2

Dark1 = (100 - Range("G9").Value2) / 100

T1 = Range("B6").Value2

E2 = Range("C6").Value2

Dark2 = (100 - Range("H9").Value2) / 100

T2 = Range("D6").Value2

Rs1 = Range("D9").Value2

Rs2 = Range("E9").Value2

Rs0 = Range("C9").Value2

Rsh0 = Range("F9").Value2

VD1 = Range("I9").Value2

VD2 = Range("J9").Value2

n = Range("G3").Value2

q = 1.6 * (10 л (-19))

k = 1.38 * (10 л (-23))

' данные для всего модуля

If E1 > E2 Then Emax = E1 Else: Emax = E2

If E1 * Dark1 < E2 * Dark2 Then Emin = E1 * Dark1 Else: Emin = E2 * Dark2 ILmax = Isc * (1 + (Ki * (((T1 + T2) / 2) - 25) / 100)) * Emax / 1000 ILmin = Isc * (1 + (Ki * (((T1 + T2) / 2) - 25) / 100)) * Emin / 1000 Ut = k * (((T1 + T2) / 2) + 273) / q

I0 = Isc * (1 + (Ki * (((T1 + T2) / 2) - 25) / 100)) / (Exp(Uoc * (1 + (Ku * (((T1 + T2) / 2) - 25) / 100)) / (Ut * n)) - 1)

Uocmax = Ut * n * Log((ILmax / I0) + 1)

' данные для каждой половины модуля

IL1 = Isc * (1 + (Ki * (T1 - 25) / 100)) * E1 / 1000

IL2 = Isc * (1 + (Ki * (T2 - 25) / 100)) * E2 / 1000

Ut1 = k * (T1 + 273) / q

Ut2 = k * (T2 + 273) / q

101 = Isc * (1 + (Ki * (T1 - 25) / 100)) / (Exp((Uoc / 2) * (1 + (Ku * (T1 - 25) / 100)) / (Ut1 * n / 2)) - 1)

102 = Isc * (1 + (Ki * (T2 - 25) / 100)) / (Exp((Uoc / 2) * (1 + (Ku * (T2 - 25) / 100)) / (Ut2 * n / 2)) - 1)

Uocmax1 = Ut1 * n / 2 * Log((IL1 / I01) + 1) Uocmax2 = Ut2 * n / 2 * Log((IL2 / I02) + 1)

Dim U(200) As Single, I(200) As Single, U1(200) As Single, I1(200) As Single, U2(200) As Single, I2(200) As Single

' Построение и запись в таблицу графика ВАХ при СУИ For X = 0 To (199) U(X) = (((k * 298 / q) * n) * Log((Isc / (Isc / (Exp(Uoc / ((k * 298 / q) * n)) - 1))) + 1)) * X / 199

I(X) = Isc - ((Isc / (Exp(Uoc / ((k * 298 / q) * n)) - 1)) * (Exp(U(X) / ((1 * k * 298 / q) * n)) - 1)) - ((Isc / (Exp(Uoc / ((k * 298 / q) * n)) - 1)) * (Exp(U(X) / ((2 * k * 298 / q) * n)) - 1)) - (U(X) / Rsh) U(X) = U(X) - (I(X) * Rs) If X > 0 Then

If U(X - 1) < 0 And U(X) > 0 Then I(X - 1) = I(X) - ((I(X - 1) - I(X)) * U(X) / (U(X - 1) - U(X))) U(X - 1) = 0 End If

If I(X) < 0 And I(X - 1) > 0 Then U(X) = U(X) - ((U(X - 1) - U(X)) * I(X) / (I(X - 1) - I(X))) I(X) = 0 Exit For End If End If Next X

' Запись полученных данных в таблицу

135

Dim Y As Integer Y = 0 For X = 0 To (199) If U(X) < 0 Then

Y = Y + 1 ElseIf I(X) < 0 Then

Exit For Else

Sheets("Графики BAX").Cells(9 + X - Y, 1).Value2 = U(X) Sheets("Графики BAX").Cells(9 + X - Y, 2).Value2 = I(X) Sheets("Графики BAX").Cells(9 + X - Y, 3).Value2 = U(X) * I(X) End If

' Определение точек ХХ, ММ, КЗ If U(X) = 0 And I(X) > 0 Then

Sheets("Графики ВАХ")^^, 1).Value2 = U(X) Sheets("Графики ВАХ")^^, 2).Value2 = I(X) Sheets("Графики ВАХ")^^, 3).Value2 = U(X) * I(X) ElseIf I(X) = 0 And U(X) > 0 Then

Sheets("Графики ВАХ").Cells(7, 1).Value2 = U(X) Sheets("Графики ВАХ").Cells(7, 2).Value2 = I(X) Sheets("Графики ВАХ").Cells(7, 3).Value2 = U(X) * I(X) ElseIf I(X) > 0 And U(X) > 0 Then

If (U(X) * I(X)) > (U(X - 1) * I(X - 1)) And (U(X) * I(X)) > (U(X + 1) * I(X + 1)) Then

If Sheets("Графики ВАХ").Range("C5").Value2 = 0 Then Sheets("Графики ВАХ").Cells(5, 1).Value2 = U(X) Sheets("Графики ВАХ").Cells(5, 2).Value2 = I(X) Sheets("Графики ВАХ").Cells(5, 3).Value2 = U(X) * I(X) End If End If

End If Next X Erase U Erase I Y = 0

'Конец построения ВАХ при СУИ

' Построение графика ВАХ по заданным условиям ' VD = 0 если шунтирующий диод отсутствует на участке ' VD = 1 если шунтирующий диод исправен ' VD = 2 если шунтирующий диод пробит накоротко If VD1 < 2 And VD2 < 2 Then For X = 0 To (199)

U(X) = Uocmax * X / 199

I(X) = ILmax - (I0 * (Exp(U(X) / (1 * Ut * n)) - 1)) - (I0 * (Exp(U(X) / (2 * Ut * n)) - 1)) - (U(X) / ((Rsh * Rsh0) / (Rsh + Rsh0))) If I(X) > ILmin Then I(X) = ILmin U(X) = U(X) - (I(X) * (Rs + Rs0 + Rs1 + Rs2)) If X > 0 Then If U(X - 1) < 0 And U(X) > 0 Then I(X - 1) = I(X) - ((I(X - 1) - I(X)) * U(X) / (U(X - 1) - U(X))) U(X - 1) = 0 End If

If I(X) < 0 And I(X - 1) > 0 Then U(X) = U(X) - ((U(X - 1) - U(X)) * I(X) / (I(X - 1) - I(X))) I(X) = 0 Exit For End If End If

U1(X) = Uocmaxl * X / 199

I1(X) = IL1 - (I01 * (Exp(U1(X) / (1 * Utl * n / 2)) - 1)) - (I01 * (Exp(U1(X) / (2 * Ut1 * n / 2)) - 1)) - (U1(X) / (((Rsh * Rsh0) / (Rsh + Rsh0)) / 2)) If I1(X) > (IL1 * Dark1) Then I1(X) = IL1 * Dark1 U1(X) = U1(X) - (I1(X) * (Rs + Rs0 + Rs1)) If X > 0 Then If U1(X - 1) < 0 And U1(X) > 0 Then I1(X - 1) = I1(X) - ((I1(X - 1) - I1(X)) * U1(X) / (U1(X - 1) -

U1(X)))

U1(X - 1) = 0 End If

If I1(X) < 0 And I1(X - 1) > 0 Then U1(X) = U1(X) - ((U1(X - 1) - U1(X)) * I1(X) / (I1(X - 1) - I1(X))) I1(X) = 0 Exit For End If End If

U2(X) = Uocmax2 * X / 199

I2(X) = IL2 - (I02 * (Exp(U2(X) / (1 * Ut2 * n / 2)) - 1)) - (I02 * (Exp(U2(X) / (2 * Ut2 * n / 2)) - 1)) - (U2(X) / (((Rsh * Rsh0) / (Rsh + Rsh0)) / 2)) If I2(X) > (IL2 * Dark2) Then I2(X) = IL2 * Dark2 U2(X) = U2(X) - (I2(X) * (Rs + Rs0 + Rs2)) If X > 0 Then If U2(X - 1) < 0 And U2(X) > 0 Then I2(X - 1) = I2(X) - ((I2(X - 1) - I2(X)) * U2(X) / (U2(X - 1) -

U2(X)))

U2(X - 1) = 0 End If

If I2(X) < 0 And I2(X - 1) > 0 Then

138

U2(X) = U2(X) - ((U2(X - 1) - U2(X)) * I2(X) / (I2(X - 1) - I2(X))) I2(X) = 0 Exit For End If End If

Next X

If VD1 = 1 And VD2 = 1 Then Dim ActiveVD As Integer ActiveVD = 0 For X = 199 To (0) Step -1

If ActiveVD = 0 Or ActiveVD = 1 Then If U(X) > 0 Then For Z = 199 To (0) Step -1

If U2(Z) > 0 And I2(Z) >= 0 And U2(Z) >= U(X) Then For M = Z To (0) Step -1 If M = Z Then If Abs(U(X) - U2(M)) < Abs(U(X) - U2(M - 1)) Then If I2(M) > I(X) Then U(X) = U2(M) I(X) = I2(M) ActiveVD = 1 End If End If ElseIf M > 0 Then

If U(M - 1) = 0 And I(M - 1) > 0 Then

If Abs(U(X) - U2(M)) < Abs(U(X) - U2(M + 1))

Then

If I2(M) > I(X) Then 139

U(X) = U2(M) I(X) = I2(M) ActiveVD = 1 End If End If

ElseIf U(M - 1) > 0 And I(M - 1) > 0 Then

If Abs(U(X) - U2(M)) < Abs(U(X) - U2(M - 1)) And Abs(U(X) - U2(M)) < Abs(U(X) - U2(M + 1)) Then

If I2(M) > I(X) Then U(X) = U2(M) I(X) = I2(M) ActiveVD = 1 End If End If End If End If Next M End If Next Z

ElseIf U(X) = 0 And I(X) > 0 Then For Z = 199 To (0) Step -1

If U2(Z) = 0 And I2(Z) > 0 Then

If I2(Z) > I(X) Then I(X) = I2(Z) End If Next Z End If End If

If ActiveVD = 0 Or ActiveVD = 2 Then

If U(X) > 0 Then

For Z = 199 To (0) Step -1

140

If U1(Z) > 0 And I1(Z) >= 0 And U1(Z) >= U(X) Then For M = Z To (0) Step -1 If M = Z Then If Abs(U(X) - U1(M)) < Abs(U(X) - U1(M - 1)) Then If I1(M) > I(X) Then U(X) = U1(M) I(X) = I1(M) ActiveVD = 2 End If End If ElseIf M > 0 Then

If U(M - 1) = 0 And I(M - 1) > 0 Then

If Abs(U(X) - U1(M)) < Abs(U(X) - U1(M + 1))

Then

If I1(M) > I(X) Then U(X) = U1(M) I(X) = I1(M) ActiveVD = 2 End If End If

ElseIf U(M - 1) > 0 And I(M - 1) > 0 Then

If Abs(U(X) - U1(M)) < Abs(U(X) - U1(M - 1)) And Abs(U(X) - U1(M)) < Abs(U(X) - U1(M + 1)) Then

If I1(M) > I(X) Then U(X) = U1(M) I(X) = I1(M) ActiveVD = 2 End If End If End If

End If Next M End If Next Z

ElseIf U(X) = 0 And I(X) > 0 Then For Z = 199 To (0) Step -1 If U1(Z) = 0 And I1(Z) > 0 Then

If I1(Z) > I(X) Then I(X) = I1(Z) End If Next Z End If End If Next X End If

If VD1 = 1 And VD2 = 0 Then

For X = 199 To (0) Step -1

If U(X) > 0 Then

For Z = 199 To (0) Step -1

If U2(Z) > 0 And I2(Z) >= 0 And U2(Z) >= U(X) Then

For M = Z To (0) Step -1

If M = Z Then

If Abs(U(X) - U2(M)) < Abs(U(X) - U2(M - 1)) Then

If I2(M) > I(X) Then

U(X) = U2(M)

I(X) = I2(M)

End If

End If

ElseIf M > 0 Then

If U(M - 1) = 0 And I(M - 1) > 0 Then 142

If Abs(U(X) - U2(M)) < Abs(U(X) - U2(M + 1)) Then If I2(M) > I(X) Then U(X) = U2(M) I(X) = I2(M) End If End If

ElseIf U(M - 1) > 0 And I(M - 1) > 0 Then

If Abs(U(X) - U2(M)) < Abs(U(X) - U2(M - 1)) And Abs(U(X) - U2(M)) < Abs(U(X) - U2(M + 1)) Then

If I2(M) > I(X) Then U(X) = U2(M) I(X) = I2(M) End If End If End If End If Next M End If Next Z

ElseIf U(X) = 0 And I(X) > 0 Then For Z = 199 To (0) Step -1

If U2(Z) = 0 And I2(Z) > 0 Then

If I2(Z) > I(X) Then I(X) = I2(Z) End If Next Z End If Next X End If

If VD1 = 0 And VD2 = 1 Then

143

For X = 199 To (0) Step -1 If U(X) > 0 Then For Z = 199 To (0) Step -1 If U1(Z) > 0 And I1(Z) >= 0 And U1(Z) >= U(X) Then For M = Z To (0) Step -1 If M = Z Then

If Abs(U(X) - U1(M)) < Abs(U(X) - U1(M - 1)) Then If I1(M) > I(X) Then U(X) = U1(M) I(X) = I1(M) End If End If ElseIf M > 0 Then

If U(M - 1) = 0 And I(M - 1) > 0 Then If Abs(U(X) - U1(M)) < Abs(U(X) - U1(M + 1)) Then If I1(M) > I(X) Then U(X) = U1(M) I(X) = I1(M) End If End If

ElseIf U(M - 1) > 0 And I(M - 1) > 0 Then

If Abs(U(X) - U1(M)) < Abs(U(X) - U1(M - 1)) And Abs(U(X) - U1(M)) < Abs(U(X) - U1(M + 1)) Then

If I1(M) > I(X) Then U(X) = U1(M) I(X) = I1(M) End If End If End If End If

Next M End If Next Z

ElseIf U(X) = 0 And I(X) > 0 Then For Z = 199 To (0) Step -1 If U1(Z) = 0 And I1(Z) > 0 Then

If I1(Z) > I(X) Then I(X) = I1(Z) End If Next Z End If Next X End If

ElseIf VD1 = 2 And VD2 < 2 Then For X = 0 To (199)

U(X) = Uocmax2 * X / 199

I(X) = IL2 - (I02 * (Exp(U(X) / (Ut2 * n / 2)) - 1)) - (U(X) / (((Rsh * Rsh0) / (Rsh + Rsh0)) / 2))

If I(X) > (IL2 * Dark2) Then I(X) = IL2 * Dark2 U(X) = U(X) - (I(X) * (Rs + Rs0 + Rs2)) If X > 0 Then If U(X - 1) < 0 And U(X) > 0 Then I(X - 1) = I(X) - ((I(X - 1) - I(X)) * U(X) / (U(X - 1) - U(X))) U(X - 1) = 0 End If

If I(X) < 0 And I(X - 1) > 0 Then U(X) = U(X) - ((U(X - 1) - U(X)) * I(X) / (I(X - 1) - I(X))) I(X) = 0 Exit For End If

End If Next X

Elself VD1 < 2 And VD2 = 2 Then For X = 0 To (199)

U(X) = Uocmaxl * X / 199

I(X) = IL1 - (I01 * (Exp(U(X) / (Utl * n / 2)) - 1)) - (U(X) / (((Rsh * Rsh0) / (Rsh + Rsh0)) / 2))

If I(X) > (IL2 * Dark1) Then I(X) = IL1 * Dark1 U(X) = U(X) - (I(X) * (Rs + Rs0 + Rs1)) If X > 0 Then If U(X - 1) < 0 And U(X) > 0 Then I(X - 1) = I(X) - ((I(X - 1) - I(X)) * U(X) / (U(X - 1) - U(X))) U(X - 1) = 0 End If

If I(X) < 0 And I(X - 1) > 0 Then U(X) = U(X) - ((U(X - 1) - U(X)) * I(X) / (I(X - 1) - I(X))) I(X) = 0 Exit For End If End If Next X End If

' Запись координат графика в файл For X = 0 To (199) If U(X) < 0 Then

Y = Y + 1 ElseIf I(X) < 0 Then

Exit For Else

ЗЬе^СТрафики BAXM).Cells(9 + X - Y, 4).Value2 = U(X) 8Ьее1в("Графики BAX").Cells(9 + X - Y, 5).Value2 = I(X) Sheets(мГрафики BAX").Cells(9 + X - Y, 6).Value2 = U(X) * I(X) End If

' Определение точек XX, ММ, КЗ If U(X) = 0 And I(X) > 0 Then

Sheets(,Tрафики BAX").Cells(3, 4).Value2 = U(X) Sheets(мГрафики BAX").Cells(3, 5).Value2 = I(X) Sheets(мГрафики BAX").Cells(3, 6).Value2 = U(X) * I(X) ElseIf I(X) = 0 And U(X) > 0 Then

Sheets(мГрафики BAX").Cells(7, 4).Value2 = U(X) Sheets(мГрафики BAX").Cells(7, 5).Value2 = I(X) Sheets(мГрафики BAX").Cells(7, 6).Value2 = U(X) * I(X) ElseIf I(X) > 0 And U(X) > 0 Then

If (U(X) * I(X)) > (U(X - 1) * I(X - 1)) And (U(X) * I(X)) > (U(X + 1) * I(X + 1)) Then

If Sheets(мГрафики BAX").Range("F5").Value2 = 0 Then Sheets(мГрафики BAX").Cells(5, 4).Value2 = U(X) Sheets(мГрафики BAX").Cells(5, 5).Value2 = I(X) Sheets(мГрафики BAX").Cells(5, 6).Value2 = U(X) * I(X) End If End If End If Next X

MsgBox "Выполнено!", , "Сообщение"

End Sub

Исходный код программы для обработки вольт-амперных характеристик

Private Sub CommandButton1_Click() ' Очищаем ячейки с точками ХХ, ММ, КЗ With WorksheetsCO^H^ состояния ФЭМ") .Range(.Cells(3, 1), .Cells(3, 6)).ClearContents End With

With Worksheets("Oценка состояния ФЭМ") .Range(.Cells(5, 1), .Cells(5, 6)).ClearContents End With

With Worksheets("Oценка состояния ФЭМ") .Range(.Cells(7, 1), .Cells(7, 6)).ClearContents End With

With Worksheets("Oценка состояния ФЭМ") .Range(.Cells(9, 3), .Cells(208, 6)).ClearContents End With

' Считываем точки графика ВАХ для оценки Dim U(200) As Single, I(200) As Single

For X = 0 To 199 U(X) = Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(9 + X, 1).Value2 I(X) = Sheets("Оценка состояния ФЭМ")^^ + X, 2).Value2 If (U(X) > 0 And I(X) = 0) Or (U(X) = 0 And I(X) > 0) Or (U(X) > 0 And I(X) > 0) Then Sheets("Oценка состояния ФЭМ").Cells(9 + X, 3).Value2 = I(X) * U(X)

Next X

' Определение точек ХХ, ММ, КЗ

148

For X = 0 To 199

If U(X) = 0 And I(X) > 0 Then

Sheets("Оценка состояния ФЭМм).Cells(3, 1).Value2 = U(X) Sheets(" Оценка состояния ФЭМм).Cells(3, 2).Value2 = I(X) Sheets(" Оценка состояния ФЭМм).Cells(3, 3).Value2 = U(X) * I(X) End If

If I(X) = 0 And U(X) > 0 Then

Sheets("Оценка состояния ФЭМм).Cells(7, 1).Value2 = U(X) Sheets(" Оценка состояния ФЭМ")^^^, 2).Value2 = I(X) Sheets("Оценка состояния ФЭМм).Cells(7, 3).Value2 = U(X) * I(X) End If

If I(X) > 0 And U(X) > 0 Then

If (U(X) * I(X)) > (U(X - 1) * I(X - 1)) And (U(X) * I(X)) > (U(X + 1) * I(X + 1)) Then

If Sheets(" Оценка состояния ФЭМм).Range(мC5м).Value2 = 0 Then Sheets("Оценка состояния ФЭМм).Cells(5, 1).Value2 = U(X) Sheets(мОценка состояния ФЭМм).Cells(5, 2).Value2 = I(X) Sheets(мОценка состояния ФЭМ")^^^, 3).Value2 = U(X) *

I(X)

End If End If End If Next X

Dim E, T, Isc, IscSTC, Uoc, UocSTC, Imm, ImmSTC, Umm, UmmSTC, Ki, Ku E = Range("I3").Value2 T = Range("J3 ").Value2

IscSTC = Sheets("Исходные параметры ФЭМм).Range(мB3м).Value2

UocSTC = Sheets("Исходные параметры ФЭМм).Range(мA3м).Value2

ImmSTC = Sheets("Исходные параметры ФЭМм).Range(мD3м).Value2

149

UmmSTC = Sheets("Исходные параметры ФЭМ").Range("C3").Value2 Ki = Sheets("Исходные параметры ФЭМ").Range("F3").Value2 Ku = Sheets("Исходные параметры ФЭМ").Range("E3").Value2

' Обработка ВАХ

' Проверка на открытые шунтирующие диоды Dim Nmax As Integer, Nmin As Integer Nmax = 0 Nmin = 0 For X = 0 To 199

If U(X) > 0 And I(X) > 0 Then

If (U(X) * I(X)) > (U(X - 1) * I(X - 1)) And (U(X) * I(X)) > (U(X + 1)

* I(X + 1)) Then Nmax = Nmax + 1

If (U(X) * I(X)) < (U(X - 1) * I(X - 1)) And (U(X) * I(X)) < (U(X + 1)

* I(X + 1)) Then Nmin = Nmin + 1

End If Next X

'Если открытых диодов нет If Nmax = 1 Then

' Корректировка ВАХ к СУИ Dim Ut As Single

Ut = 1.38 * (10 Л (-23)) * 298 * Sheets("Исходные параметры ФЭМ").Range("G3").Value2 / (1.6 * (10 л (-19))) Dim a As Single a = 1 * Ut / Range("B5").Value2 Dim b As Single

b = -Range("A5").Value2 * ((2 * Range("B5").Value2) -Range("B3").Value2) / ((Range("A5").Value2 * Range("B3").Value2) + Range("A7").Value2 * (Range("B5").Value2 - Range("B3").Value2)) Dim c As Single

c = (-((2 * Range("A5").Value2) - Range("A7").Value2) I (1 * Ut)) + ((((Range("A5").Value2 * Range("B3").Value2) - (Range("A7").Value2 * Range("B5").Value2))) I ((Range("A5").Value2 * Range("B3").Value2) + Range("A7").Value2 * (Range("B5").Value2 - Range("B3").Value2))) Dim d As Single

d = (Range("A5").Value2 - Range("A7").Value2) I (1 * Ut) Dim W1 As Single W1 = Log(-b * Exp(c)) For X = 0 To 99

W1 = Log((-b * Exp(c)) I (-W1)) Next X

Dim Rs As Single Rs = a * (W1 - (d + c)) 'Dim Rsh As Single

'Rsh = ((Range("A5").Value2 - (Range("B5").Value2 * Rs)) * (Range("A5").Value2 - (Rs * (Range("B3").Value2 - Range("D3").Value2)) - (1 * Ut))) I (((Range("C3").Value2 - (Range("D3").Value2 * Rs)) * (Range("B3").Value2 - Range("D3").Value2)) - (1 * Ut * Range("D3").Value2))

For X = 0 To 199 Dim I11 I11 = I(X)

I(X) = I11 * (1000 I E) * (1 + (Ki * (25 - T) I 100)) If U(X) = 0 And (U(X) + (Range("A7").Value2 * ((Ku * (25 - T) I 100) + (0.06 * Log(1000 I E)))) - (Rs * (I(X) - I11))) > 0 Then U(X) = 0 Else

U(X) = U(X) + (Range("A7").Value2 * ((Ku * (25 - T) I 100) + (0.06 * Log(1000 I E)))) - (Rs * (I(X) - I11)) End If

If X > 0 Then If U(X - 1) < 0 And U(X) > 0 Then I(X - 1) = I(X) - ((I(X - 1) - I(X)) * U(X) / (U(X - 1) - U(X))) U(X - 1) = 0 End If

If I(X) < 0 And I(X - 1) > 0 Then U(X) = U(X) - ((U(X - 1) - U(X)) * I(X) / (I(X - 1) - I(X))) I(X) = 0 Exit For End If End If Next X

' Запись полученных данных в таблицу Y = 0

For X = 0 To (199) If U(X) < 0 Then

Y = Y + 1 ElseIf I(X) < 0 Then Exit For ElseIf U(X) = 0 And I(X) = 0 Then Else

Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(9

U(X)

Sheets(" Оценка состояния ФЭМ")^^^ + Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(9

U(X) * I(X)

End If

' Определение точек ХХ, ММ, КЗ

If U(X) = 0 And I(X) > 0 Then

Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(3, 4).Value2 = U(X)

152

+ X - Y, 4).Value2 =

X - Y, 5).Value2 = I(X) + X - Y, 6).Value2 =

Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(3, 5).Value2 = I(X) Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(3, 6).Value2 = U(X) * I(X) Isc = I(X) ElseIf I(X) = 0 And U(X) > 0 Then

Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(7, 4).Value2 = U(X) Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(7, 5).Value2 = I(X) Sheets("Оценка состояния ФЭМ")^^, 6).Value2 = U(X) * I(X) Uoc = U(X) Exit For

ElseIf X > 0 And I(X) > 0 And U(X) > 0 Then

If (U(X) * I(X)) > (U(X - 1) * I(X - 1)) And (U(X) * I(X)) > (U(X +

1) * I(X + 1)) Then

If Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Range("F5").Value2 = 0

Then

Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(5, 4).Value2 = U(X) Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(5, 5).Value2 = I(X) Sheets("Оценка состояния ФЭМ").Cells(5, 6).Value2 = U(X) *

I(X)

Imm = I(X) Umm = U(X) End If End If End If Next X

' Выполняем диагностику ВАХ

If Abs(((Imm * Umm) / (ImmSTC * UmmSTC)) - 1) < 0.05 Then

Sheets(" Оценка состояния ФЭМ").Cells(3, 12).Value2 = Round((Imm

* Umm) / (ImmSTC * UmmSTC) * 100, 1)

Sheets("Oценка состояния ФЭМ").Се1Ь(3, 13) = "Замечаний нет"

153

Else ' Если есть отклонение по мощности, то определяем причину

End If ElseIf Nmax > 1 Then Dim Reason As String, I1, I2, I3, U1, U2, U3, Section Section = 1

Reason = "Зашунтировано участков: " & Nmax - 1 & "." For Z = 199 To 0 Step -1

If U(Z) > 0 And I(Z) = 0 Then U1 = U(Z)

I1 = I(Z)

End If

If Z > 0 And Z < 199 Then If (U(Z) * I(Z)) > (U(Z - 1) * I(Z - 1)) And (U(Z) * I(Z)) > (U(Z + 1)

* I(Z + 1)) Then

U2 = U(Z)